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第3章S7200可编程序控制器第3章S7200可编程序控制器31S系列PLC发展概述32S7200PLC系统组成33编程元件及程序知识34相关设备35工业软件第3章S7200可编程序控制器本章学习目的本章以西门子公司生产的S7200系列小型可编程序控制器为例,介绍具体型号的PLC,内容包括S系列PLC发展概述S7200可编程序控制器的系统组成编程元件及程序知识相关设备常用工业软件返回本章首页第3章S7200可编程序控制器31S系列PLC发展概述德国的西门子(SIEMENS)公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商,生产的SIMATIC可编程序控制器在欧洲处于领先地位。其第一代可编程序控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年,微处理器技术被应用到可编程序控制器中,产生了SIMATICS5系列,取代了S3系列,之后在20世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。返回本章首页第3章S7200可编程序控制器32S7200PLC系统组成321系统基本构成322主机结构323扫描周期及工作方式324输入输出扩展325主机性能指标返回本章首页第3章S7200可编程序控制器从CPU模块的功能来看,SIMATICS7200系列小型可编程序控制器发展至今,大致经历了两代第一代产品其CPU模块为CPU21X,主机都可进行扩展,它具有四种不同结构配置的CPU单元CPU212,CPU214,CPU215和CPU216,对第一代PLC产品不再作具体介绍。第二代产品其CPU模块为CPU22X,是在21世纪初投放市场的,速度快,具有较强的通信能力。它具有四种不同结构配置的CPU单元CPU221,CPU222,CPU224和CPU226,除CPU221之外,其他都可加扩展模块。第3章S7200可编程序控制器321系统基本构成SIMATICS7200系统由硬件和工业软件两大部分构成,如图31所示。图31S7200PLC系统组成第3章S7200可编程序控制器系统基本构成1硬件(1)基本单元(2)扩展单元(3)特殊功能模块(4)相关设备2工业软件工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序、文档及其规则的总和,它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几大类构成。返回本节第3章S7200可编程序控制器322主机结构1各CPU介绍及I/O系统(1)主机外形SIMATICS7200系统CPU22X系列PLC主机(CPU模块)的外形如图32所示图32S7200主机外形第3章S7200可编程序控制器(2)基本结构特点输出信号类型电源输出基本I/O存储安全高速反应模拟电位器实时时钟输入输出可扩展性第3章S7200可编程序控制器4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型,具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表31所示。表31CPU型号第3章S7200可编程序控制器SIMATICS7200系统CPU22X系列PLC主机及I/O特性如表32所示。表32主机及I/O特性第3章S7200可编程序控制器2存储系统(1)存储系统(2)存储器及使用(3)存储安全第3章S7200可编程序控制器图33存储系统第3章S7200可编程序控制器表33存储容量第3章S7200可编程序控制器(2)存储器及使用上装和下装用户程序定义存储器保持范围用程序永久保存数据存储器卡的使用第3章S7200可编程序控制器(3)存储安全1)主机CPU模块内部配备的EEPROM,上装程序时,可自动装入并永久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。2)用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。3)主机CPU提供一个超级电容器,可使RAM中的程序和数据在断电后保持几天之久。4)CPU提供一个可选的电池卡,可在断电后超级电容器中的电量完全耗尽时,继续为内部RAM存储器供电,以延长数据所存的时间。5)可选的存储器卡可使用户像使用计算机磁盘一样来方便地备份和装载程序和数据。返回本节第3章S7200可编程序控制器323扫描周期及工作方式1扫描周期2工作方式3改变CPU工作方式的方法图34CPU的扫描周期第3章S7200可编程序控制器1扫描周期(1)输入处理(2)执行程序(3)处理通信请求(4)执行CPU自诊断测试(5)写数字输出第3章S7200可编程序控制器2工作方式(1)STOP方式(2)RUN方式第3章S7200可编程序控制器3改变CPU工作方式的方法1)用PLC上的方式开关来手动切换,方式开关有3个挡位。2)用STEP7MICRO/WIN32编程软件,应首先把主机的方式开关置于TERM或RUN位置,然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN方式按钮即可。3)在用户程序中用指令由RUN方式转换到STOP方式,前提是程序逻辑允许中断程序的执行。返回本节第3章S7200可编程序控制器324输入输出扩展1设备连接2最大I/O配置的预算3输入输出及CPU组态第3章S7200可编程序控制器1设备连接图35I/O扩展示意图第3章S7200可编程序控制器2最大I/O配置的预算(1)映像寄存器数量(2)电流提供(3)模块电流(4)电流预算规则第3章S7200可编程序控制器(2)电流提供各CPU所能提供的最大5VDC电流如表34所示。第3章S7200可编程序控制器(3)模块电流CPU22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如表35所示。第3章S7200可编程序控制器3输入输出及CPU组态(1)I/O点数扩展和编址(2)设置输入滤波(3)设置脉冲捕捉(4)输出表配置(5)定义存储器保持范围第3章S7200可编程序控制器例如,某一控制系统选用CPU224,系统所需的输入输出点数各为数字量输入24点、数字量输出20点、模拟量输入6点、模拟量输出2点。本系统可有多种不同模块的选取组合,表36所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。第3章S7200可编程序控制器若按表36的扩展方式,各模块在I/O链中的位置排列方式也可以有多种,图36所示为其中的一种模块连接形式。图36扩展连接图第3章S7200可编程序控制器S7200CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉功能,它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短脉冲,并将其保持到主机读到这个信号,但前提是只有通过滤波器后,脉冲捕捉才有效。此外,在一个给定的扫描周期内如果有不只一个脉冲,则只有第一个脉冲可以被捕捉到,几种情况下的脉冲捕捉波形如图37所示。图37脉冲捕捉波形图第3章S7200可编程序控制器表3722X主机主要技术指标返回本节第3章S7200可编程序控制器325主机性能指标S720022X各主机的主要技术性能指标如下表37所示。返回本节第3章S7200可编程序控制器33编程元件及程序知识331编程元件及寻址332指令系统333编程语言334程序结构返回本章首页第3章S7200可编程序控制器331编程元件及寻址1数据类型2直接寻址方式3间接寻址方式第3章S7200可编程序控制器1数据类型(1)数据类型及范围SIMATICS7200系列PLC数据类型可以是布尔型、整型和实型(浮点数)。实数采用32位单精度数来表示,其数值有较大的表示范围正数为1175495E383402823E38;负数为1175495E383402823E38。不同长度的整数所表示的数值范如表38所示。第3章S7200可编程序控制器(2)常数在编程中经常会使用常数。常数数据长度可为字节、字和双字,在机器内部的数据都以二进制存储,但常数的书写可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或浮点数(实数)等多种形式。几种常数形式分别如表39所示。第3章S7200可编程序控制器2直接寻址方式(1)编址形式按位寻址的格式为AXY存储区内另有一些元件是具有一定功能的硬件,由于元件数量很少,所以不用指出元件所在存储区域的字节,而是直接指出它的编号。其寻址格式为AY数据寻址格式为ATX第3章S7200可编程序控制器(2)各元件介绍输入继电器(I)输出继电器(Q)通用辅助继电器(M)特殊标志继电器(SM)变量存储器(V)局部变量存储器(L)顺序控制继电器(S)第3章S7200可编程序控制器定时器(T)计数器(C)模拟量输入映像寄存器(AI)、模拟量输出映像寄存器(AQ)高速计数器(HC)累加器(AC)第3章S7200可编程序控制器S7200将编程元件统一归为存储器单元,存储单元按字节进行编址,无论所寻址的是何种数据类型,通常应指出它在所在存储区域和在区域内的字节地址。每个单元都有惟一的地址,地址用名称和编号两部分组成,元件名称(区域地址符号)如表310所示。第3章S7200可编程序控制器按位寻址的格式为AXY必须指定元件名称、字节地址和位号,如图38所示。图38中MSB表示最高位,LSB表示最低位。图38位寻址格式第3章S7200可编程序控制器3间接寻址方式间接寻址方式是,数据存放在存储器或寄存器中,在指令中只出现所需数据所在单元的内存地址的地址。存储单元地址的地址又称为地址指针。这种间接寻址方式与计算机的间接寻址方式相同。间接寻址在处理内存连续地址中的数据时非常方便,而且可以缩短程序所生成的代码的长度,使编程更加灵活。用间接寻址方式存取数据需要作的工作有3种建立指针、间接存取和修改指针。第3章S7200可编程序控制器(1)建立指针建立指针必须用双字传送指令(MOVD),将存储器所要访问的单元的地址装入用来作为指针的存储器单元或寄存器,装入的是地址而不是数据本身,格式如下例MOVDVB200,VD302MOVDMB10,AC2MOVDC2,LD14注意建立指针用MOVD指令。第3章S7200可编程序控制器(2)间接存取指令中在操作数的前面加“”表示该操作数为一个指针。下面两条指令是建立指针和间接存取的应用方法MOVDVB200,AC0MOVWAC0,AC1若存储区的地址及单元中所存的数据如下所示执行过程如下第3章S7200可编程序控制器第3章S7200可编程序控制器(3)修改指针下面的两条指令可以修改指针的用法INCDAC0INCDAC0MOVWAC0,AC1返回本节第3章S7200可编程序控制器332指令系统S7200系列PLC主机中有两类基本指令集SIMATIC指令集和IEC11313指令集,程序员可以任选一种。提供了许多类型的指令以完成广泛的自动化任务。SIMATIC指令集是为S7200系列PLC设计的,本指令通常执行时间短,而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言。IEC11313指令集是不同PLC厂家的指令标准,它不能使用STL编程语言。返回本节第3章S7200可编程序控制器333编程语言1语句表2梯形图3功能块图4其他编程语言第3章S7200可编程序控制器1语句表语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言,特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序,属于面向机器硬件的语言,STEP7MICRO/WIN32的语句表如图39所示。图39语句表举例第3章S7200可编程序控制器2梯形图图310梯形图举例第3章S7200可编程序控制器3功能块图功能块图(FBD)的图形结构与数字电子电路的结构极为相似,如下图311所示。第3章S7200可编程序控制器4其他编程语言SIMATIC工业软件中的工程工具中为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具,以下简要其中的几种(1)S7SLC和M7PROC/C(2)S7GRAPH(3)S7HIGRAPH(4)CFC第3章S7200可编程序控制器(1)S7SLC和M7PROC/C图312SLC语言S7SLC的语言与PASCAL非常相似,如图312所示。第3章S7200可编程序控制器(2)S7GRAPH图313顺序流程图第3章S7200可编程序控制器(3)S7HIGRAPH它借助于状态图来描述异步过程。用于装置和过程,以及可能的转移状态的图形描述。本工具可基于系统框图和流程图直接进行编程,程序结构和过程清晰。S7HIGRAPH如图314所示。第3章S7200可编程序控制器图314状态图第3章S7200可编程序控制器(4)CFCCFC(连续功能图)是在原来的CSF(控制系统流程图)的基础上发展起来的,它通过绘制过程控制流程图,将各程序块在版面上布置,然后将它们相互连接即可。控制系统流程图如图315所示。返回本节第3章S7200可编程序控制器图315连续功能图第3章S7200可编程序控制器334程序结构1用户程序(1)主程序(2)子程序(3)中断处理程序2数据块3参数块第3章S7200可编程序控制器如果编程使用的是手编器,主程序应安排到程序的最前面。其他部分的位置安排没有严格的顺序,但习惯上把子程序安排在中断程序的前面。如图316所示。图316程序结构返回本节第3章S7200可编程序控制器34相关设备341手编器342计算机343人机界面344特殊功能模块返回本章首页第3章S7200可编程序控制器341手编器工业上用的各厂商的可编程序控制器的使用中,手编器曾是主要编程设备,后来出现了图形输入设备,又出现了计算机编程软件。通过通信设备,使PLC和计算机相连,用编程软件可直接在计算机上编程,由于计算机的显示器屏幕较大,对程序的编制和修更加方便高效。但即使是现在,手编器的使用仍十分广泛,特别是用小型和微型PLC实现的小规模系统。返回本节第3章S7200可编程序控制器342计算机计算机包括个人计算机和工业计算机,在可编程序控制器系统的工业应用中发挥着越来越重要的作用,几乎PLC系统从工程项目开发、编程、调试到系统的运行和维护,计算机越来越成了不可缺少的工具。返回本节第3章S7200可编程序控制器343人机界面1构造特点文本显示区可显示两行信息(每行20个字符)的液晶显示LCD。按键共有9个键。通信通过TD/CPU电缆(通用RS232接口)可以提供可编程序控制器与TD200的通信,同时可以提供TD的电源,而不必再另接电源。电源如果不用TD/CPU通信电缆,可以通过面板右侧的电源接口连接外部电源。第3章S7200可编程序控制器2主要功能可以显示从CPU主机读出的信息(如读取指令、数据、当前值及状态);可以调整运行中选定的程序变量;可以提供对输入输出点的强制功能;可以为实时时钟设置日期和时间;支持多种语言形式的菜单和提示并支持中文。返回本节第3章S7200可编程序控制器344特殊功能模块1数字量扩展模块2模拟量扩展模块3热电偶、热电阻模块4通信扩展模块5现场设备接口模块第3章S7200可编程序控制器1数字量扩展模块数字量扩展模块主要有EM221数字量输入模块,24V,8输入。EM222数字量输出模块,24V,8输出。EM223数字量混合模块,24V。2模拟量扩展模块模拟量扩展模块主要有EM2314模拟输入点,2W,12位。EM2322模拟输出点,2W,12位。EM2354模拟输入点,1模拟量输出点,2W,12位。3热电偶、热电阻模块EM231为18W,15位,模拟量输入。第3章S7200可编程序控制器4通信扩展模块EM277PROFIBUSDP模块用于PLC现场总线通信连接。波特率可从960012M波特。5现场设备接口模块CP2432通信处理器是ASI主站连接部件,专门用于S7
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